Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能
Ti-6Al-4V的研究进展
Ti-6Al-4V的研究进展作者：王胜（材料工程学院）摘要：近年来钛合金越来越成为人们关注的对象，它具有硬度大、质量轻等许多其他金属所无法比拟的特点，在许多方面都有应用却覆盖面还在不断扩大。
Ti-6Al-4V是其中的一种合金，它强度大，机械性能好，密度小，是现在重要的合金材料，本文就针对它的一些研究做了简单的阐述。
关键词：Ti-6Al-4V，研究，应用，展望Ti在地壳中的丰度为0.56%，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Zn储量的总和还多。
我国钛资源丰富，储量为世界第一。
钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。
近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。
其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
看来Ti-6Al-4V是钛合金中的主导者，那么我们来对Ti-6Al-4V进行深入的了解。
1 概述钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，具有良好的综合力学机械性能，比强度大。
钛合金热导率低，钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。
线膨胀系数为7.89×10-6℃，比热为0.612cal/g·℃。
钛合金的弹性模量较低。
TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的1/2，故钛合金加工时容易产生变形。
钛合金tc4材料参数
钛合金tc4材料参数钛合金TC4是一种常用的钛合金材料，其具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，在航空航天、医疗器械、化工等领域得到广泛应用。
本文将从材料组成、力学性能、热处理工艺和应用领域等方面介绍钛合金TC4的相关参数。
一、材料组成钛合金TC4是一种α+β型钛合金，其主要由钛(Ti)、铝(Al)、铁(Fe)和锡(Sn)等元素组成。
其中，钛的质量分数约为90%，铝的质量分数约为6%，铁和锡的质量分数约为4%。
此外，钛合金TC4还含有少量的杂质元素，如氧(O)、碳(C)和氮(N)等。
二、力学性能钛合金TC4具有优异的力学性能，其抗拉强度可达到900 MPa以上，屈服强度可达到800 MPa以上。
同时，钛合金TC4还具有良好的延展性和韧性，其断裂伸长率可达到10%以上。
此外，钛合金TC4还具有较高的硬度和耐磨性。
三、热处理工艺钛合金TC4的热处理工艺对其力学性能具有重要影响。
常用的热处理工艺包括固溶处理和时效处理。
固溶处理的目的是将钛合金TC4中的α相溶解于β相中，以提高材料的塑性和韧性。
时效处理的目的是通过合适的温度和时间，使β相转变为α'相，进一步提高材料的强度和硬度。
四、应用领域钛合金TC4由于其优异的力学性能和耐腐蚀性能，在航空航天领域得到广泛应用。
它常用于制造飞机发动机零部件、航空航天设备和结构件等。
此外，钛合金TC4还广泛应用于医疗器械领域，如人工关节、牙科种植体和外科植入物等。
由于其抗腐蚀性能，钛合金TC4还可用于化工设备和海洋工程等领域。
钛合金TC4是一种具有优异力学性能和耐腐蚀性能的钛合金材料。
其主要由钛、铝、铁和锡等元素组成，具有较高的抗拉强度和屈服强度，同时还具有良好的延展性和韧性。
钛合金TC4的热处理工艺对其力学性能具有重要影响，常用的热处理工艺包括固溶处理和时效处理。
钛合金TC4在航空航天、医疗器械、化工等领域有着广泛的应用前景。
TC4钛合金在准静态拉伸下的本构模型及失效参数
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ２０２２，４４（４）：８３１⁃８３６ＤＯＩ：１０ １６５７９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ９６６９．２０２２．０４．０１１∗２０２１０１１５收到初稿，２０２１０３０６收到修改稿㊂∗∗方新文，男，１９７１年生，陕西周至人，汉族，中国飞机强度研究所高级工程师，主要从事飞行器结构强度基础技术研究工作㊂∗∗∗管佳佳（通信作者），男，１９９０年生，安徽芜湖人，汉族，中国飞机强度研究所中级工程师，现主要从事断裂失效方面的研究工作㊂ＴＣ４钛合金在准静态拉伸下的本构模型及失效参数∗ＣＯＮＳＴＩＴＵＴＩＶＥＭＯＤＥＬＡＮＤＦＡＩＬＵＲＥＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳＯＦＴＣ４ＴＩＴＡＮＩＵＭＡＬＬＯＹＵＮＤＥＲＱＵＡＳＩ⁃ＳＴＡＴＩＣＴＥＮＳＩＬＥ方新文∗∗㊀管佳佳∗∗∗（中国飞机强度研究所，西安７１００６５）ＦＡＮＧＸｉｎＷｅｎ㊀ＧＵＡＮＪｉａＪｉａ（ＡｉｒｃｒａｆｔＳｔｒｅｎｇｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａ，Ｘｉᶄａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）摘要㊀高速碰撞有限元模拟中经常涉及材料的大变形和断裂过程㊂基于Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂失效模型，设计了不同缺口尺寸的ＴＣ４钛合金试件，采用试验和有限元模拟相结合的方法研究了试样的断裂应变和应力三轴度㊂试验中制作了散斑，利用二维数字图像相关（ＤＩＣ）技术获取试件在室温准静态拉伸条件下的断裂应变；利用Ａｂａｑｕｓ软件对准静态拉伸过程进行模拟，获取各试件的平均应力三轴度㊂将断裂应变与平均应力三轴度进行拟合，得到了Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂失效模型参数㊂将断裂失效模型参数带入Ｐａｍｃｒａｓｈ软件中进行仿真，对比试验和Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真的断裂形貌和载荷位移曲线，两者均呈现出较好的一致性，验证了失效模型参数的正确性㊂关键词㊀ＴＣ４钛合金㊀应力三轴度㊀Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂失效模型㊀断裂应变㊀ＤＩＣ测量技术中图分类号㊀ＴＨ１１４Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｏｆｔｅｎｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｆｒａｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌ，ＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｏｔｃｈｓｉｚｅｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒａｉｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｅｓｔａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｐｅｃｋｌｅｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｕｎｄｅｒｑｕａｓｉ⁃ｓｔａｔｉｃｔｅｎｓｉｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ＤＩＣ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＡｂａｑｕｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｑｕａｓｉ⁃ｓｔａｔｉｃｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｏｂｔａｉｎｔｈｅａｖｅｒａｇｅｓｔｒｅｓｓｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙｏｆｅａｃｈｓａｍｐｌｅ．ＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｆｒａｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｆｉｔｔｉｎｇｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒａｉｎｗｉｔｈａｖｅｒａｇｅｓｔｒｅｓｓｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙ．ＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌｗｅｒｅｂｒｏｕｇｈｔｉｎｔｏｔｈｅＰａｍｃｒａｓｈｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄｇｏｏｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ，ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ；Ｓｔｒｅｓｓｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙ；Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｆｒａｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌ；Ｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒａｉｎ；ＤＩＣｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：ＧＵＡＮＪｉａＪｉａ，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ａ５９８４０３４８２＠１６３．ｃｏｍ，Ｔｅｌ：＋８６⁃２１⁃５８１５２１４５．Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔｒｅｃｅｉｖｅｄ２０２１０１１５，ｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ２０２１０３０６．㊀㊀引言㊀㊀ＴＣ４钛合金具有优良的耐腐蚀性㊁低密度㊁高比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天㊁石油化工㊁造船与汽车等领域都得到广泛应用㊂钛合金材料在发生高速碰撞下容易发生断裂失效行为㊂准静态拉伸断裂是延性金属材料的一种典型的破坏形式［１⁃２］㊂金属结构在拉伸过程中会发生复杂应力状态下的失效㊁破坏，强度失效是最主要的失效行为［３］㊂而在强度失效中，由于断裂失效产生的破坏影响远比屈服失效大得多，所以对断裂失效的研究显得尤为重要；另一方面，经典强度理论更多适用于静载的简单应力状态，对于需要考虑平均应力作用效果的弹塑性断裂问题，使用时并不方便，因此建立一套适用于复杂应力状态下的断裂失效准则来处理金属的断裂失效问题显得尤为重要㊂材料的断裂失效过程是一个极其复杂的微观力学过程，在数值计算中，材料破坏模型和破坏参数的选取对于计算结果的合理准确性非常重要㊂当前存在许多破坏模型，其中在通用非线性计算商业软件中常用的㊀８３２㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度２０２２年㊀延性金属断裂破坏准则有柔性损伤准则㊁最大剪切应力准则㊁Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂模型㊁ＦＬＤ损伤准则㊁ＦＬＳＤ损伤准则㊁Ｍ⁃Ｋ损伤准则等［４］１６５７⁃１６６０㊂很多学者研究表明Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂失效模型能够很好的模拟出材料的实际断裂失效过程，研究不仅可用于研究金属结构断裂问题，还可以用于研究在承受复杂应力下构件的损伤分布和发展［４］１６５７⁃１６６０［５⁃１０］㊂本文以ＴＣ４钛合金为研究对象，通过准静态拉伸试验，结合有限元仿真，研究ＴＣ４钛合金基于Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂失效模型各参数之间的关系㊂首先对光滑试件和带缺口的板件标距段喷洒哑光漆（制造散斑），由于材料断裂过程是瞬间发生的，传统的测量难以进行，为此本试验采用数字图像相关（ＤＩＣ）技术对整个试验过程进行实时测量和数据记录，然后利用试验获取的材料参数对一系列准静态拉伸过程进行仿真计算，通过对比试验与仿真结果，验证仿真的合理性㊂１㊀ＴＣ４钛合金的力学性能试验１ １㊀常温准静态拉伸试验㊀㊀试件采用ＴＣ４钛合金，其原材料的组成为Ｔｉ⁃６Ａｌ⁃４Ｖ，属于（α＋β）型钛合金，具有良好的综合力学机械性能㊂为了获取材料不同应力三轴度与断裂应变之间的关系，将坯料分别加工成如图１ 图４所示试件，其厚度均为１ ６ｍｍ㊂图１㊀光滑试件Ｆｉｇ．１㊀Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅ图２㊀缺口１试件Ｆｉｇ．２㊀Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｎｏｔｃｈ１ｓａｍｐｌｅ图３㊀缺口２试件Ｆｉｇ．３㊀Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｎｏｔｃｈ２ｓａｍｐｌｅ室温下，准静态拉伸试验在型号为Ｚｗｉｃｋ／ＲｏｅｌｌＺ２５０静力试验机上进行，ＤＩＣ设备采用ＧＯＭＡＲＡＭＩＳＡｄｊｕｓｔａｂｌｅ６Ｍ进行应变测量，应变精度可达５０με，试验安装如图５所示㊂㊂拉伸试验均按照ＡＳＴＭＥ８‘金属材料拉伸试验的图４㊀缺口３试件Ｆｉｇ．４㊀Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｎｏｔｃｈ３ｓａｍｐｌｅ试验方法“实施㊂试件以不超过预计３０％的破坏载荷进行预加载，确保无异常后，进行正式试验；以加载应变率ε㊃为０ ００１ｓ－１对试件施加准静态拉伸载荷，直到试件破坏或载荷从最大值下降４０％时，停止加载，记录最大载荷和破坏模式；试验加载期间使用非接触式测量连续监测试件工作段的应变变化，获取试件载荷㊁应变等数据；对试件安装状态㊁破坏模式等进行拍照，每组进行１件试件的全过程录像，所有试件残片分组进行封装，确保试验具有可追述性；分析非接触测量的载荷应变数据，读取试件相应载荷下的应变数据，并进行记录㊂图５㊀拉伸试验安装示意图㊀㊀㊀Ｆｉｇ．５㊀Ｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ㊀㊀㊀㊀㊀１ ２㊀试验结果及分析㊀㊀拉伸试验机和ＤＩＣ设备分别记录载荷Ｐ和标距段的位移ΔＬ变化量随时间的变化，将两者相结合获取各试件的载荷位移曲线，如图６，图７所示㊂在体积不变的条件下，材料的真实应力应变曲线（如图８）存在如下关系σｔ＝σ（１＋ε）（１）εｔ＝ｌｎ（１＋ε）（２）式中，σｔ为真实应力，εｔ为真实应变，σ为工程应力，ε为工程应变㊂材料弹性特性由单向拉伸试验获得，根据真应力应变曲线拟合可以获得弹性模量为１０２ ５ＧＰａ，泊松比为０ ３１㊂２㊀Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型与参数拟合２ １㊀本构模型简介㊀㊀（１）等效应力由以下公式给出σｅｑ＝（Ａ＋Ｂεｅｑｎ）（１＋Ｃｌｎε∗ｅｑ）（１－Ｔ∗ｍ）（３）式中，σｅｑ为等效应力；εｅｑ为等效塑性应变；εｅｑ∗为等㊀第４４卷第４期方新文等：ＴＣ４钛合金在准静态拉伸下的本构模型及失效参数８３３㊀㊀图６㊀光滑试件载荷位移曲线Ｆｉｇ．６㊀Ｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅ图７㊀光滑试件工程应力应变曲线Ｆｉｇ．７㊀Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｏｆｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅ图８㊀光滑试件真实应力应变曲线Ｆｉｇ．８㊀Ｔｒｕｅｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｏｆｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅ效塑性应变率，为试验应变率除以参考应变率，本文中试验应变率与参考应变率均为０ ００１ｓ－１；Ｔ∗＝（Ｔ－ＴＯ）／（Ｔｍ－Ｔ０），Ｔｍ㊁Ｔ０分别为材料的熔点和室温㊂Ａ㊁Ｂ为材料常数，ｎ为材料硬化系数，Ｃ为应变率敏感系数，ｍ为温度软化系数㊂（２）断裂应变由以下公式给出εｆ＝（Ｄ１＋Ｄ２ｅＤ３δ）（１＋Ｄ４ｌｎε∗ｅｑ）（１＋Ｄ５Ｔ∗）（４）式中，εｆ为断裂应变，Ｄ１㊁Ｄ２㊁Ｄ３㊁Ｄ４㊁Ｄ５为材料常数㊂δ为应力三轴度，其值为平均应力和等效应力的比值㊂２ ２㊀参数拟合㊀㊀参考文献［１１⁃１２］，在常温条件下的准静态拉伸试验，不考虑温度的影响，且试验应变率与参考应变率相同，式（３）和式（４）可分别简化为σｅｑ＝（Ａ＋Ｂεｅｑｎ）（５）εｆ＝（Ｄ１＋Ｄ２ｅＤ３δ）（６）㊀㊀对准静态拉伸的光滑试件进行拟合，得到Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ塑性模型系数如表１所示㊂表１㊀Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ弹塑性本构参数Ｔａｂ．１㊀Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃ＣｏｏｋｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓＡＢｎ８６０４５００ ３２５将弹塑性模型拟合参数带入Ａｂａｑｕｓ软件进行仿真计算，得出４种形状的试件的载荷位移曲线，将仿真的载荷位移曲线与试验载荷位移曲线进行对比，确定了拟合参数的正确性，如图９ 图１２㊂图９㊀光滑试件弹塑性阶段载荷位移曲线Ｆｉｇ．９㊀Ｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅｉｎｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ图１０㊀缺口１试件弹塑性阶段载荷位移曲线Ｆｉｇ．１０㊀Ｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｎｏｔｃｈ１ｓａｍｐｌｅｉｎｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ图１１㊀缺口２试件弹塑性阶段载荷位移曲线Ｆｉｇ．１１㊀Ｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｎｏｔｃｈ２ｓａｍｐｌｅｉｎｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ考虑到Ａｂａｑｕｓ软件进行材料拉伸过程中模型并不会出现断裂（没有加入断裂模型参数），所以在确定弹塑性模型参数以后，将试验过程中材料断裂点的断裂位移作为仿真时的断裂位移，从而确定材料发生断裂时的平均应力三轴度σ∗和等效塑性应变εｅｑ，如表２所示㊂断裂失效准则的每一特定应力三轴度都对应着一个固定的断裂等效塑性应变，实际塑性变形过程中，由于试件形状的不同，材料质点的应力三轴度是处于不断变化中的，并非一个恒定值㊂为了解决断裂准㊀８３４㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度２０２２年㊀图１２㊀缺口３试件弹塑性阶段载荷位移曲线Ｆｉｇ．１２㊀Ｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｎｏｔｃｈ３ｓａｍｐｌｅｉｎｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ则中应力三轴度随塑性变形进行而不断变化的情况，具体处理方法是将应力三轴度沿历史应变路径进行积分来获得平均应力三轴度，建立 平均应力三轴度与等效塑性应变 断裂准则㊂由图１３可以发现，对材料的平均应力三轴度与断裂应变进行拟合（如表３所示），随着应力三轴度的增加，材料的断裂应变在不断下降，但这种趋势会逐渐减弱㊂表２㊀各试件平均应力三轴度与等效塑性应变Ｔａｂ．２㊀Ａｖｅｒａｇｅｓｔｒｅｓｓｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎｏｆｅａｃｈｓａｍｐｌｅ试件类型Ｓａｍｐｌｅｔｙｐｅ平均应力三轴度Ａｖｅｒａｇｅｓｔｒｅｓｓｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙ断裂应变Ｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒａｉｎ光滑试件Ｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅ０ ３５２０ ５７６缺口１试件Ｎｏｔｃｈ１ｓａｍｐｌｅ０ ５５４０ ２４７缺口２试件Ｎｏｔｃｈ２ｓａｍｐｌｅ０ ４９２０ ２８１缺口３试件Ｎｏｔｃｈ３ｓａｍｐｌｅ０ ３９７０４２０图１３㊀Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂模型拟合曲线Ｆｉｇ．１３㊀ＦｉｔｃｕｒｖｅｏｆＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ表３㊀Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ断裂模型参数Ｔａｂ．３㊀ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＪｏｈｎｓｏｎ⁃ＣｏｏｋｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌＤ１Ｄ２Ｄ３０ ２２１３２ ３３２１２ ８１４３㊀Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真验证㊀㊀利用建立的弹塑性本构模型和断裂失效本构模型，应用瞬态有限元仿真软件Ｐａｍｃｒａｓｈ重新计算所有试件，并对Ｐａｍｃｒａｓｈ计算结果与试验结果进行对比，验证断裂失效模型的准确性㊂边界条件如图１４所示，试件边界条件按照试验加载方向施加，且均为位移边界条件，仿真模型左侧完全约束；右侧放开沿着拉伸方向的自由度，施加与试验相同的位移（应变率保持和试验一样，为参考应变率）㊂图１４㊀Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真模型边界条件Ｆｉｇ．１４㊀ＢｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ由图１５ 图２２可知，仿真断裂位置与试验断裂位置基本一致，仿真断口走势和试验断口走势基本相同，并且仿真与试验均在断裂位置呈现出一定的颈缩现象；仿真与试验的载荷位移曲线重合良好，说明了采用本文拟合的ＴＣ４钛合金材料本构模型参数在准静态拉伸条件下的可靠性㊂图１５㊀光滑试件拉伸试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真断裂形貌对比Ｆｉｇ．１５㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｂｅｔｗｅｅｎｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图１６㊀光滑试件拉伸试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真载荷位移曲线对比Ｆｉｇ．１６㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｓｍｏｏｔｈｓａｍｐｌｅｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ４㊀结论㊀㊀通过常温准静态拉伸试验，研究了ＴＣ４钛合金材料的应力流动行为与断裂特性㊂基于试验结果，拟合得到了Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型和断裂准则；对比试件在试验和仿真下的断裂形貌和载荷位移曲线，有效验证了Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ模型的有效性和准确性并得出以下结论：㊀第４４卷第４期方新文等：ＴＣ４钛合金在准静态拉伸下的本构模型及失效参数８３５㊀㊀图１７㊀缺口１试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真断裂形貌对比Ｆｉｇ．１７㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｂｅｔｗｅｅｎｎｏｔｃｈ１ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图１８㊀缺口１拉伸试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真载荷位移曲线对比Ｆｉｇ．１８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｎｏｔｃｈ１ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图１９㊀缺口２试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真断裂形貌对比Ｆｉｇ．１９㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｂｅｔｗｅｅｎｎｏｔｃｈ２ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图２０㊀缺口２拉伸试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真载荷位移曲线对比Ｆｉｇ．２０㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｎｏｔｃｈ２ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１）通过常温准静态拉伸试验发现，光滑拉伸试验㊁缺口试验断裂起始位置应力状态呈现拉应力为主，处于中高应力三轴度区间，坐标点与拟合曲线的偏离图２１㊀缺口３试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真断裂形貌对比Ｆｉｇ．２１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｂｅｔｗｅｅｎｎｏｔｃｈ３ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图２２㊀缺口３拉伸试验与Ｐａｍｃｒａｓｈ仿真载荷位移曲线对比Ｆｉｇ．２２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｏａｄ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｎｏｔｃｈ３ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔａｎｄＰａｍｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ处于正常范围内，拟合结果有效㊂２）采用Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型和断裂准则可以较为准确的描述ＴＣ４钛合金材料在准静态拉伸情况下的断裂失效行为㊂３）通过计算得出仿真和试验的载荷位移曲线相对误差较小，并且曲线变化趋势一致；进而能够推断Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型和断裂准则可用于计算任意形状的该金属材料在准静态变形条件下的断裂失效行为㊂断裂准则经过Ｐａｍｃｒａｓｈ软件计算验证，为后续开展鸟撞试验研究提供了材料的失效判据㊂４）随着应力三轴度增加，ＴＣ４钛合金的断裂应变明显降低，下降趋势符合Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ模型的理论预测㊂本文为ＴＣ４钛合金在准静态拉伸下的基础性研究，关于环境温度和应变率对断裂过程的影响，将在后续的研究中开展㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］㊀常列珍，潘玉田，张治民，等．一种调质５０ＳｉＭｎＶＢ钢Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型的建立［Ｊ］．兵器材料科学与工程，２０１０，３３（４）：６８⁃７２．ＣＨＡＮＧＬｉｅＺｈｅｎ，ＰＡＮＹｕＴｉａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉＭｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｆｏｒｈａｒｄｅｎｅｄａｎｄｔｅｍｐｅｒｅｄ５０ＳｉＭｎＶＢｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＯｒｄｎａｎｃｅＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，３３（４）：６８⁃７２（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．㊀８３６㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度２０２２年㊀［２］㊀李建光，施㊀琪，曹结东．Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构方程的参数标定［Ｊ］．兰州理工大学学报，２０１２，３８（２）：１６４⁃１６７．ＬＩＪｉａｎＧｕａｎｇ，ＳＨＩＱｉ，ＣＡＯＪｉｅＤｏｎｇ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｊｏｈｎｓｏｎ⁃ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３８（２）：１６４⁃１６７（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［３］㊀朱昱．基于Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ模型的Ｑ３５５Ｂ钢动态本构关系研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨理工大学，２０１９：３９⁃４４．ＺＨＵＹｕ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＱ３５５ＢｓｔｅｅｌｂａｓｅｄｏｎＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｍｏｄｅｌ［Ｄ］．Ｈａｒｂｉｎ：ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９：３９⁃４４（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［４］㊀董菲，ＧｕｅｎｅｌＧｅｒｍａｉｎ，ＪｅａｎＬｏｕＬｅｂｒｕｎ，等．有限元分析法确定Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构方程材料参数［Ｊ］．上海交通大学学报，２０１１，４５（１１）：１６５７⁃１６６０．ＤＯＮＧＦｅｉ，ＧｕｅｎｅｌＧｅｒｍａｉｎ，ＪｅａｎＬｏｕＬｅｂｒｕｎ，ｅｔａｌ．ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１１，４５（１１）：１６５７⁃１６６０（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［５］㊀林莉，支旭东，范㊀锋，等．Ｑ２３５Ｂ钢Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ模型参数的确定［Ｊ］．振动与冲击，２０１４，３３（９）：１５３⁃１５８．ＬＩＮＬｉ，ＺＨＩＸｕＤｏｎｇ，ＦＡＮＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＪｏｈｎｓｏｎ⁃ＣｏｏｋｍｏｄｅｌｓｏｆＱ２３５Ｂｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋ，２０１４，３３（９）：１５３⁃１５８（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［６］㊀黄㊀赓，李㊀言，李㊀龙，等．４５钢冷滚打成形Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型参数标定及修正方法［Ｊ］．西安理工大学学报，２０１９，３５（２）：１７９⁃１８５．ＨＵＡＮＧＧｅｎｇ，ＬＩＹａｎ，ＬＩＬｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＰａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｆｏｒ４５ｓｔｅｅｌｃｏｌｄｒｏｌｌ⁃ｂｅａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉᶄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３５（２）：１７９⁃１８５（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［７］㊀任冀宾，汪存显，张欣玥，等．２Ａ９７铝锂合金的Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型及失效参数［Ｊ］．华南理工大学学报（自然科学版），２０１９，４７（８）：１３６⁃１４４．ＲＥＮＪｉＢｉｎ，ＷＡＮＧＣｕｎＸｉａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉｎＹｕｅ，ｅｔａｌ．Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｎｄｆａｉｌｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ２Ａ９７Ａｌ⁃Ｌｉａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（８）：１３６⁃１４４（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［８］㊀闫永明，尉文超，刘洋铭，等．ＷＥＬＤＯＸ７００Ｅ钢Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型及动态断裂机理［Ｊ］．金属热处理，２０１９，４４（９）：１１⁃１５．ＹＡＮＹｏｎｇＭｉｎｇ，ＷＥＩＷｅｎＣｈａｏ，ＬＩＵＹａｎｇＭｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃ＣｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＷＥＬＤＯＸ７００Ｅｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＭｅｔａｌｓ，２０１９，４４（９）：１１⁃１５（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［９］㊀贾翠玲，陈芙蓉．７Ａ５２铝合金Ｊｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋ本构模型的改进及有限元模拟［Ｊ］．内蒙古工业大学学报（自然科学版），２０１９，３８（６）：４１６⁃４２３（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．ＪＩＡＣｕｉＬｉｎｇ，ＣＨＥＮＦｕＲｏｎｇ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｊｏｈｎｓｏｎ⁃ｃｏｏｋｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ７Ａ５２［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３８（６）：４１６⁃４２３．［１０］㊀ＡｂｄｕｌｒａｈａｍａｎＳｈｕａｉｂｕＡｈｍａｄ，ＹｕｎｘｉｎＷｕ，ＨａｉＧｏｎｇ．ＣｏｕｐｌｅｄｆｉｎｉｔｅａｎｄｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＪｏｈｎｓｏｎ⁃Ｃｏｏｋｍａｔｅｒｉａｌｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，ＰａｒｔＬ：ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ：ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２０，２３４（７）：１４６４４２０７２０９２１２１．［１１］㊀衣海娇，甄㊀莹，曹宇光，等．６０６１⁃Ｔ６铝合金断裂应变与应力三轴度关系研究［Ｊ］．机械强度，２０２０，４２（３）：５５１⁃５５８．ＹＩＨａｉＪｉａｏ，ＺＨＥＮＹｉｎｇ，ＣＡＯＹｕＧｕａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒａｉｎａｎｄｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙｏｆ６０６１⁃Ｔ６ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ，２０２０，４２（３）：５５１⁃５５８（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．［１２］㊀徐㊀云，胡玉梅，赵为民，等．７００３铝合金本构模型参数和力学性能研究［Ｊ］．机械强度，２０１９，４１（６）：１３２１⁃１３２６．ＸＵＹｕｎ，ＨＵＹｕＭｅｉ，ＺＨＡＯＷｅｉＭｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ７００３ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ，２０１９，４１（６）：１３２１⁃１３２６（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）．。
TC4钛合金热膨胀系数和化学组合
TC4钛合金热膨胀系数和化学组合一般钛资料的密度核算时一般依照4.51g/cm3的密度核算。
但是钛合金因为商标不同,资料的元素含量不同,不同商标的钛合金密度会有略微的不同。
一、钛合金的种类:室温下，钛合金有三种基体安排，钛可分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。
在我国别离以TA、TC、TB表明。
1、α合金它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下仍是在较高的实际使用温度下，均是α相，安排稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。
在500℃～600℃的温度下，仍坚持其强度和抗蠕变功能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。
2、β合金它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa;但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
3、α+β合金它是双相合金，具有杰出的归纳功能，安排稳定性好，有杰出的耐性、塑性和高温变形功能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。
热处理后的强度约比退火状况提高50%～100%;高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α合金。
二、其他相关钛及钛合金资料·钛资料国内外类似商标对照表·钛合金化学成分表三、钛合金密度(商标/密度)TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的耐性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、轿车，医药等部门都得到成功的使用。
TC4钛合金力学功能：抗拉强度σb/MPa≥895,规则残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5Ti-6Al-4V钛合金：Ti-6Al-4V钛合金热处理：mpa，Ti-6Al-4V资料固溶强化处理后，强度添加不大，也就到1100MPa，退火状况下强度一般在900MPaTi-6Al-4V热膨胀系数：Ti-6Al-4V钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的耐性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、轿车，医药等部门都得到成功的使用。
钛合金常用规格及性能用途
钛合金常用规格及性能用途TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：?直径2mm 2.5mm 3.0mm 3.5mm 4.0mm 5.0mm 6.0mm 7.0mm?8mm?9mm?10mm ?直径12mm 15mm 16mm 18mm 20mm?25mm?30mm?35mm?40mm?45mm?50mm?55mm?直径60mm 65mm 70mm 75mm 80mm?85mm?90mm?100mm?105mm?110mm?120mm ?TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：?厚度1mm 1.5mm 2mm 2.5mm 3mm 4mm 4.5mm 5mm 6mm 7mm 8mm 10mm?12mm 14mm ?厚度16mm?18mm 20mm?25mm 30mm 32mm 35mm 50mm 45mm?50mm 60mm 70mm 80mm 90mm? 钛合金优越的特性：1耐酸碱腐蚀，耐海水腐蚀，耐污水腐蚀；2密度小（4.51），轻；3无磁性；广钛金属4在-253°-600°之间使用，他的抗拉强度，在金属中，几乎是最高的。
应用举例:工业上除采用工业纯钛制造零件以外，大量使用的是钛合金。
它在航空、航天、化工、造船、冶金、电子、医疗、石油、医药、军工等工业部门获得日益广泛的应用,制造燃气轮机部件。
【钛合金的性能】钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为172矽钛合金耐磨地坪5℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
(1)强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
钛合金常用规格及性能用途
钛合金常用规格及性能用途TC4 / GR5 / Ti6AL4V钛棒现货规格：直径 2mm 2.5mm 3.0mm 3.5mm 4.0mm 5.0mm 6.0mm 7.0mm8mm 9mm 10mm直径 12mm 15mm 16mm 18mm 20mm25mm 30mm 35mm 40mm 45mm 50mm 55mm直径 60mm 65mm 70mm 75mm 80mm85mm 90mm 100mm 105mm 110mm 120mmTC4 / GR5 / Ti6AL4V钛棒现货规格：厚度 1mm 1.5mm 2mm 2.5mm 3mm 4mm 4.5mm 5mm 6mm 7mm 8mm 102mm 14mm厚度 16mm 18mm 20mm 25mm 30mm 32mm 35mm 50mm 45mm50mm 60mm 70mm 80mm 90mm钛合金优胜的特征：1耐酸碱腐化，耐海水腐化，耐污水腐化；2密度小（ 4.51 ），轻；3无磁性；广钛金属4在-253 °-600 °之间使用，他的抗拉强度，在金属中，几乎是最高的。
应用举例 : 工业上除采纳工业纯钛制造零件之外，大批使用的是钛合金。
它在航空、航天、化工、造船、冶金、电子、医疗、石油、医药、军工等工业部门获取日趋宽泛的应用, 制造燃气轮机零件。
【钛合金的性能】钛是一种新式金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量相关，最纯的碘化钛杂质含量不超出 0.1 ％，但其强度低、塑性高。
99.5 ％工业纯钛的性能为：密度ρ =4.5g/cm3 ，熔点为 172 矽钛合金耐磨地坪 5℃，导热系数λ =15.24W/(m.K) ，抗拉强度σ b=539MPa，伸长率δ =25％，断面缩短率ψ =25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度 HB195。
(1)强度高钛合金的密度一般在 4.5g/cm3 左右，仅为钢的 60％，纯钛的强度才靠近一般钢的强度，一些高强度钛合金超出了很多合金构造钢的强度。
钛合金综述论文
钛合金综述论文摘要：钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
关键词：钛合金；合金化；分类；用途；新发展正文：钛合金概述钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。
钛合金耐热的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。
A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。
结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等。
合金化钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。
钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。
合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。
激光选区熔化Ti-6Al-4V_合金的微纳压痕尺寸效应
第53卷第5期表面技术2024年3月SURFACE TECHNOLOGY·85·激光表面改性技术激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的微纳压痕尺寸效应付子聪1，杨诗婷1,2*，田宪会1，郎风超1，李继军1,3，张伟光1（1.内蒙古工业大学 理学院，呼和浩特 010051；2.成都工业学院 智能制造学院，成都 611730；3.上海电子信息职业技术学院 机械与能源工程学院，上海 201411）摘要：目的研究不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的纳米压痕尺寸效应。
方法对原始态合金分别进行600、700、800、900 ℃退火处理，利用扫描电子显微镜观察原始态和4种退火态合金的显微组织。
基于纳米压痕技术测量原始态及4种退火态合金的纳米硬度和弹性模量。
基于比例试样阻力模型、Nix-Gao模型和Meyer定律对纳米硬度进行函数拟合。
结果随着退火温度的升高，原始态组织从魏氏体逐渐演变为网篮组织。
5种形态的Ti-6Al-4V合金的硬度和弹性模量均出现随压入深度的增加而减小的现象，表现出典型的压痕尺寸效应，基于试验测得的原始态及4种退火态合金的纳米硬度分别为3.66、4.36、3.96、3.88、4.77 GPa，弹性模量分别为113.1、125.2、102.1、100.3、108.7 GPa；基于比例试样阻力模型计算的纳米硬度分别为3.53、4.34、3.92、3.52、4.04 GPa；基于Nix-Gao模型计算的纳米硬度分别为3.68、3.94、4.07、3.85、4.47 GPa；基于Meyer定律拟合出的迈耶指数分别为1.75、1.86、1.82、1.80、1.81，均小于2，均表现为正压痕尺寸效应。
结论激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的硬度及弹性模量均有典型的压痕尺寸效应；3种模型均能较好地描述原始态和退火态合金的压痕尺寸效应，Nix-Gao模型直接建立了纳米硬度和压痕深度的关系，其拟合结果更接近于试验结果，计算的硬度值也最为准确。
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T i-6A l-4V(T C4) Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。
热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。
表3-2 钛合金Ti-6Al-4V成分钛合金铝氮*钛钒比重贝塔电阻率-418 °F73.4 °F986 °F典型的室温强度计算退火钛6Al-4V的：极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi）压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi）极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi）Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1.钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
钛的应用应用领域材料的使用特性应用部位航空工业喷气发动机在500℃以下具有高的屈服强度/密度比和疲劳强度/密度比，良好的热稳定性，优异的抗大气腐蚀性能，可减轻结构质量在500℃以下的部位使用：压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等机身在300℃以下，比强度高防火壁、蒙皮、大梁、起浇架、翼肋、隔框、紧固件、导管、舱门、拉杆等在常温及超低温下，比强度高，高压容器、燃料贮箱、火箭发动作热好的脱氧剂和合金元素其他工业医疗卫生对人体体液有极好的耐蚀性，没有毒性，与肌肉组织亲合性能良好好做医疗器械及外科矫形材料，钛制牙、心脏内瓣、隔膜、骨关节及固定螺钉、钛骨头等超高真空有高的化学活性，能吸附氧、氮、氢、CO、CO2、甲烷等气体钛离子泵电镀工业耐腐蚀、寿命长、传热快、加热效果好，对镀镍、镀铬（除氟化物镀铬外）、酸性和产品无污染，可提高劳动生产率和减少维修费用氰化物镀铜、三氯化铁铜板腐蚀中作加热器、电镀槽子，网篮、挂具、薄膜蒸发器等电站高的耐蚀性，密度小、质量轻，良好的综合力学性能和工艺性能，较高的热稳定性，线全钛凝汽器、冷凝器、管板、冷油管、蒸汽涡轮叶片等机械仪表精密天平秤杆、表壳、光学仪器等纺织工业亚漂机、亚漂罐中耐蚀零、部件造纸工业泵、阀、管道、风机、搅拌器等冷却方式—600 0—TA3 500-600 15-60680-7230-120——————TA4 550-650 15-60700-7530-120——————TA5 15-60 80030-1—————550-650 -8520 —TA6 550-650 15-12750-8030-120——————TA7 550-650 15-12750-8030-120——————空冷——空冷空冷650 0200 540-580空冷TC9 550-650 30-24600 60900-9560-9水冷500-6002-6空冷TC1550-650 30-24760 120850-9060-9水冷500-6004-12空冷1.所有合金消除应力退火后一律采用空冷。
2.产品使用前的退火可采用：950℃/1h，空冷或水冷；最终退火可采用；870℃/30min+650℃/60min，空冷：TC9最终退火可采用：930℃/30min，空冷+530℃/360min,空冷。
钛的锻造加热温度编号（α+β）/β相变点/℃铸锭变形坯料成品加热温度/℃终锻温度/≮℃加热温度/℃终锻温度/℃加热温度/℃终锻温度/≮℃200 100 20TA71000-1020 1150-12009001050-1100850980-1020800TB2 750 1140-11608501090-1100800990-1010800TC1 910-930 1000-1020750900-95750850-88750TC2 920-940 1000-1020800900-95800850-90750TC3 960-970 1100-1850950-10800950-97750TA34 5 67 21234 6 TC9TC120℃密度γ/g/cm3 4.5 —4.434.44.464.814.554.554.434.454.5 4.524.53熔点/℃1668-- ----1538----1570--15381620-----1 64 9 -164-1649-16520℃544-- ----5454-------- ------100℃544-- --5865454574----678502 54454548565557528--20℃电阻率ρ/10-6Ω·m 0.47--.26.81.381.55----.421.601.36 1.621.87热导率λ/W/（m·20℃16.331.4--7.548.79--9.639.638.375.447.95 7.54--K）7100℃16.33 12.14--8.799.6312.14②1.47--8.796.708.79 12.98--200℃16.3----10.010.812.511.711.310.08.7910.05 11.30 --线胀系统a1/(10-6/k ) 20-200℃8.6--9.539③9.49.348.68.6--9.01-- 8.90 9.7320-300℃9.1--9.879.5④9.59.529.19.1--9.3-- 9.27 9.9720-400℃9.25--10.010.49.549.799.69.6--9.24-- 9.64 10.158 ⑤20-5 00℃9.4--10.0910.6⑥9.689.839.69.4--9.3911.60⑥9.85 10.1920-6 00℃9.8--10.2810.8⑦9.869.99-- -- --9.4-- --10.21①450℃ ②80℃ ③100-200℃ ④200-300℃ ⑤300-400℃ ⑥400-500℃ ⑦500-600℃ ⑧490℃ ⑨575℃。